Энергия воды и атома: как охлаждают АЭС и что является аккумулятором ГАЭС

Сама по себе атомная станция давно уже никого не удивляет. Но что вы скажете, если узнаете, что она — лишь вишенка на торте, состоящем из водохранилищ, гидроэлектростанций и гидроаккумулирующих станций?

Корреспондент "Сегодня" объездил Южно-Украинский энергокомплекс, узнал, как охлаждать воду для АЭС, что является аккумулятором ГАЭС, сколько воды нужно, чтобы все это успешно работало и как выбирают имена для огромных гидроагрегатов.

ОХЛАДИТЬ АЭС

Деоккупация юга страны – как украинские военные отвоевывают территории

Запрет на передвижение по стране для военнообязанных – все детали

Ракетные удары по мирным украинским городам - июль 2022

Ядерный терроризм россии

Несмотря на ранний час — около 9:30 — солнце активно греет воздух и заставляет сиять обманчиво ажурные электрические опоры, между которыми носятся ласточки, воробьи и стрижи. Сразу за опорами два младших брата солнца активно расщепляют атомы. Третий реактор Южно-Украинской АЭС находится в ремонте, да и второй работает не на полную мощность, выдавая всего 600 мегаватт вместо тысячи. Внизу — огромное яркое пятно водохранилища, на берегах которого, поросших камышами, не протолкнуться от журавлей.

Вода в хранилище на вид вполне обычная, но стоит прикоснуться рукой — и ты понимаешь, что разница огромна: температура, как в горячем кране. Тут запросто можно строить термальные бани, которые с легкостью примут всех желающих (которые не боятся вымышленной радиации в воде) и летом, и зимой.

Обманчивая вода. Очень горячая — как из крана в квартире

Рукотворное озеро разделено свежепостроенной бетонной дамбой. Чуть дальше на барже трудятся водолазы — они достраивают водораздел, опуская в воду специальную армированную мембрану, увешенную бетонными якорями. Работать в условиях, когда температура воды выше уличной (притом, что на улице более 30 градусов), сложно, поэтому ребята стараются делать все быстро: спустился, закрепил якорь по координатам GPS, поднялся на поверхность.

— Здесь начинается движение горячей воды по водохранилищу, — рассказывает глава дирекции по инвестициям "Энергоатома" Татьяна Амосова, показывая серое здание насосной станции, выкачивающее подогретую после охлаждения систем электростанции воду. — Сейчас уже отсыпана дамба, она разделяет горячую и уже охлажденную воду и позволит нам повысить способность водохранилища к охлаждению. К дамбе ставятся понтонные сооружения, а к ним заякорена спецштора, которая не позволит горячей воде попадать на другую сторону.

Раньше этих сооружений не было, хранилище действовало по принципу "вертикальной циркуляции": горячая вода выходила со станции, охлаждалась, "падала на дно" и двигалась к водозабору. Схема простая, но летом не работает: из-за высоких температур охлаждаться вода никак не успевает. Поэтому вместо комфортных для оборудования 24 градусов (максимум — 33) на заборе она прогревалась до 35.

— Нам приходилось — и приходится до сих пор — снижать мощность энергоблока, — поясняет Амосова. — Летом миллионники (блок, выдающий миллион киловатт — Авт.) — три блока — никогда не работали на полную мощность. И ежегодно страна теряла от 500 млн до 2,5 млрд киловатт. Когда мы закончим сооружения, все будет преодолено, и летом блоки заработают на полную мощность.

Зимой, когда проблем с охлаждением нет, один блок выдал 1050 мегаватт, чуть больше запланированной мощности. Сейчас дамба и строящаяся штора обеспечивают "горизонтальную циркуляцию", заставляя воду обтекать сооружение и увеличивая путь охлаждения. Но этого недостаточно, потому на другом конце водохранилища, под полями и лесопосадками, кипит работа: там строятся брызгальные бассейны, которые тоже входят в систему охлаждения — из них будут бить огромные фонтаны (от 17 метров высотой), что поможет понизить температуру воды.

Водолазы. Крепят армированную мембрану для водораздела

С одной стороны площадки прорыт канал, где уже в следующем году разместят насосную станцию. Оттуда уже выходят гигантские (2,4 метра в диаметре) трубы магистральных трубопроводов. Их будет пять, по одному на каждый брызгальный бассейн. Сами бассейны тоже колоссальных размеров — 390 на 140 метров, так что забетонировать площадку правильно и выстроить сверху хитросплетение труб с 360 специальными соплами (вода в них заходит не прямо, а чуть сбоку и выбрасывается под действием центробежной силы) — задача не из легких. Впрочем, одна площадка уже готова: серый массив труб увенчивают голубые разбрызгиватели. Сразу за ней вторая, здесь трубы еще не окрашены, ведутся кое-какие бетонные работы. Спустя пару лет за ними вырастет еще три подобные площадки, которые будут включаться с апреля по октябрь. Естественно, не все вместе (все-таки это затраты на работу насосов как минимум). Сначала включат один, затем, спустя пару дней, если температура на заборе не понизится, подключат второй и так далее.

Бассейн №2. Скоро тут тоже появятся трубы с соплами

СТАНЦИЯ НА ПАМЯТНИКЕ

Брызгальные бассейны и водохранилище — не единственные гидрообъекты Южно-Украинского энергокомплекса. Сюда входят две станции — "малышка" Александровская ГЭС и мощная Ташлыкская ГАЭС.

Первая крайне живописна. Под мостом, чьи затворы подняты до критично низкой отметки
в 14,35 метра, находится рукотворная заводь, ограниченная плотиной бывшей Вознесенской ГЭС. Остатки старой станции, первой в стране, построенной по плану ГОЭЛРО в далеком 1927 году, стоят на одном из концов нижней плотины. Чуть выше — такое же заброшенное управляющее здание. Все это — исторический памятник, который энергетики сохранили для будущих поколений.

Александровская ГЭС. Очень живописное место — искусственная заводь между двумя плотинами. Нижняя — часть старой Вознесенской ГЭС, построенной в 1927 году

— Изначально здешняя плотина должна была перекрывать Южный Буг, — рассказывает главный инженер каскада ГЭС-ГАЭС Сергей Музыченко. — Чтобы поднять уровень реки для работы Ташлыкской ГАЭС. А чтобы не строить плотину просто так, сделали небольшую станцию, пусть проток воды вырабатывает электричество.

Сейчас два маленьких (по 4,9 мегаватта) гидроагрегата Александровской ГЭС простаивают: для них надо проток воды от 20 кубометров (в идеале — все 42) в секунду, а река едва-едва выдает десять. Поэтому турбины молчат, а вода транзитом уходит ниже, чтобы обеспечивать находящихся ниже по течению людей, в частности  — город Вознесенск. Причем, подчеркивают специалисты, для их водозабора критическая отметка — 6 кубов в секунду. А на дворе август крайне жаркий, река мелеет и есть шанс, что городу придется переходить на подачу воды по часам.

"Вершина айсберга". Машзал маленькой Александровской ГЭС

— Рекой управляет бассейновое управление водных ресурсов, — объясняет Музыченко.  — Нам предписано пропускать 17 кубов в секунду: от Александровской ГЭС до Николаева — 137 километров, а перепад высоты всего метр, дальше море, Днепро-Бугский канал. Если не будет расхода, зайдет соленая вода с Черного моря. Второе — город Вознесенск, которому нужно шесть кубов. Мы должны 17 кубов, к нам заходит 10, неделю назад и вовсе было 7 кубометров. За счет чего мы можем это сделать?

Ответ, впрочем, находится прямо перед глазами: плотина Александровской ГЭС рассчитана на высоту 20,7 метра. Однако поднимать ее выше 16,9 метра нельзя чисто юридически: сейчас "Энергоатом" занимается всеми необходимыми согласованиями. Это ожидание приводит и к третьей проблеме: для расположенной выше Ташлыкской ГАЭС водохранилище Александровской является критически важным. Если уровень упадет ниже 14 метров, ГАЭС просто перестанет работать.

АНТОНИНА И МАРИЯ

По сравнению с Александровской ГЭС, Ташлыкская ГАЭС — настоящий гигант. Огромная плотина, сдерживающая массив воды рукотворного озера. Подъезд к управляющему зданию — синему стеклянному кубу — вырублен взрывами в скале. Под землей проложены 10 труб семиметровой толщины (как двухэтажное здание).

Ташлыкская ГАЭС. Колоссальное сооружение, под землей проложены 10 труб диаметром с двухэтажный дом, а подъезд к ней вырублен взрывами в скальной породе

— Когда мы пришли, в 2003—2004 годах, объект был полуразрушен, даже штатного расписания не было — 20 человек персонала, — делится директор каскада ГЭС-ГАЭС Александр Фальчиков. — За это время появились машинный, гидротехнический, электрический цеха, в 2006—2007 году пустили первый и второй агрегат, сейчас собирается третий. На станции работает 165 человек.

Схема работы гидроаккумулирующей электростанции — пример закона сообщающихся сосудов. Есть два водоема, верхний  — рукотворный — и нижний, река Южный Буг, ограниченная плотиной Александровской ГЭС. Они соединены так называемым "проточным трактом" (те самые 10 труб-тоннелей, из которых сейчас работают две, еще на одном гидроагрегат вскоре запустят, а четвертый монтируется). Верхнее озеро и есть тот самый аккумулятор: вода льется вниз, крутит колесо, генератор вырабатывает электрику и отдает ее в сеть. Ночью, когда электрика дешевле (ночной тариф из-за провала потребления по всей сети — люди обычно спят, а не врубают приборы), генератор превращается в двигатель, крутит колесо в обратную сторону и перекачивает воду из реки наверх, снова создавая запас.

— Мы готовы в любой момент вырабатывать электроэнергию. Пуск блока АЭС — несколько суток. Блок тепловой станции — несколько часов. Мы запускаемся за 10 минут и после подачи команды выдаем в сеть 300 с небольшим мегаватт энергии, — подчеркивает Музыченко.  — АЭС работают в базисе, они выдают энергии столько, сколько заложено. Поэтому мы заполняем ночные провалы, когда станция вырабатывает лишнюю энергию, и утренние пики, когда потребление по всей стране взлетает из-за того, что все собираются на работу.
Если использовать футбольную терминологию, "разница забитых-пропущенных" не в пользу Ташлыкской ГАЭС — потребляют они 433 мегаватта, пока качают воду, а выдают 320. Однако водные аккумуляторы — это единственный способ запасать энергию заранее. Тут и всплывает проблема с высотой водохранилища Александровской ГЭС: если отметка воды упадет ниже 14 метров, агрегаты Ташлыка не смогут закачать воду наверх, а это уже — чрезвычайная ситуация.

Шахта гидромашины ГАЭС. Через какое-то время сюда установят все части агрегата и "закроют"

Машзал Ташлыкской ГАЭС находится под землей. Даже под водой. Освещение тут искусственное, лишь сквозь огромный люк в кровле льется солнечный свет, освещая 800-тонный ротор турбины, предназначенный для монтируемого третьего агрегата. Причем весь машзал — лишь вершина айсберга, большая часть здания простирается вглубь, скрывая рабочие части огромных машин. Одна из стен отделяет нас от воды.

— А там нет стекла, сквозь которое можно посмотреть на озеро? — интересуюсь я.

— К сожалению, нет, — смеется Музыченко. — Но я обязательно предложу сделать смотровую галерею. Единственная проблема, там темно, солнце пробивает на 3—4 метра, но можно поставить освещение. Ничего невыполнимого — раз есть подводный мир, почему бы его не увидеть?

Слева находятся щиты управления  — серые шкафы с тумблерами, лампочками и сенсорными экранами. Посредине — верхушки двух гидроагрегатов. Впереди зияют два огромных круглых отверстия. За ними — ангар вроде как заканчивается стеной, но на деле это ширма, он продолжается дальше. Просто ограничили, чтобы удобнее было отапливать помещение зимой.

— Кстати, интересный факт,  — Музыченко показывает на шахту третьего агрегата. — Там сейчас статор, ниже вал турбины, еще ниже колесо. Дальше будет закрыта крышка, потом поставят подпятник, куда обопрется ротор. Так вот, гидроагрегаты у нас называют "гидромашина". И, соответственно, им дают женские имена. Первые две — Антонина и Мария. Как это происходит? Есть операция заводки ротора в статор, там зазоры по 2,5 сантиметра, крайне сложно. Берут два крана, они несут этот огромный круг сюда, а сам процесс заводки — это рождение машины, папа и мама. А потом день смотрят по церковному календарю — и дают имя.

На щите управления станцией